Ka波段五位分布式MEMS传输线移相器设计

通过在共面波导上周期性地加载分布电容,外加驱动电压改变电容值,实现分布式MEMS移相器。首先给出了5位分布式MEMS移相器的总体结构图,分析了理论参数的设计方法。再采用HFSS建立单个微桥的三维电磁仿真模型,利用仿真得到的S参数拟合微桥的up态和down态电容值并与理论设计电容值对比,确定MEMS桥精确的结构参数。最后采用ADS建立分布式MEMS移相器整体的微波等效电路,仿真得出移相器的性能指标参数。仿真结果表明移相器在35GHz时移相精度小于0.6°,移相器的插入损耗小于0.3dB,回波损耗大于25dB。     

Ka波段0/Π MEMS移相器

报道了一种Ka波段实时延MEMS移相器芯片。该移相器基于开关线式移相器设计原理,集成了4个MEMS三端口直接接触式毫米波开关单元,使用共面波导(CPW)传输线,利用阶梯阻抗的方式实现传输线拐角和CPW空气桥结构的传输线阻抗匹配。芯片采用RF MEMS表面牺牲层工艺制作在400μm厚的高阻硅衬底上,面积为1.4 mm×2.8 mm。测试显示,在34~36 GHz频率范围内,相移误差3.2°,插入损耗2 dB,反射损耗小于-15 dB。     

Ka波段开关线型MEMS移相器的设计与研究

面向现代通信及相控阵雷达领域的需求,设计了一种移相间隔为22.5°的Ka波段4位开关线型射频MEMS移相器。主要对实现移相功能的四个移相单元进行了设计,采用台阶补偿技术优化移相单元上下通路分工选通,以提供最佳的阻抗匹配;采用直角转角结构,设计了可提高CPW直角性能的延迟线,并对应用该延迟线的4位开关线型移相器进行了总体设计。用HFSS进行建模仿真,结果表明,在0~40 GHz工作频段内,16个状态的插入损耗均小于2.15 dB,回波损耗均大于19.18 dB,驻波比均小于1.25,在40 GHz频点处的相移误差在1.57°以内,整体尺寸为10 mm²。     

开关线型四位数字MEMS移相器

介绍了一种基于射频微机械串联开关设计的开关线型四位数字微机电系统(M icro-e lectrom echan ica lSystem s以下简称M EM S)移相器。该移相器集成了16个RF M EM S开关,使用了13组四分之一波长传输线和M IM接地耦合电容,有效地使开关的驱动信号和微波信号隔离,串联容性开关设计有效地降低了开关的启动电压。使用低温表面微机械工艺在360μm厚的高阻硅衬底上制作移相器,芯片尺寸4.8 mm×7.8 mm。移相器样品在片测试结果表明,频点10.1 GH z,22.5°相移位的相移误差为±0.4,°插损2.8 dB;45°位的相移误差为±1.1,°插损2.0 dB;在X波段,对16个相移态的测试结果表明,移相器的插入损耗小于4.0 dB,驻波比小于2.4,开关驱动电压为17~20 V。     

用于X波段移相器的RF MEMS开关设计

针对某片上集成开关线式MEMS移相器设计了一款串联接触式悬臂梁开关。该移相器要求结构紧凑,工作频段为X波段,工作电压低于27V。利用Ansoft HFSS软件仿真分析了开关关键结构参数对电磁性能的影响,包括传输线断开间距d,接触金属与传输线之间的垂直间距h,接触金属的宽度B,总结了各参数对开关电磁性能的影响趋势,确定了本设计中各结构参数的最优取值;利用MEMS CAD软件CoventorWare对初始设计的开关进行机电耦合仿真,确定了开关的详细结构参数。仿真结果表明,设计的串联接触式悬臂梁开关驱动电压约为18V;中心频率为10GHz时,开关闭合态回波损耗为0.02dB,隔离度为36dB,导通态下,插入损耗为0.028dB。     

X波段MEMS分布式移相器开关机电性能研究

介绍一种应用于X波段MEMS分布式移相器的新型单元开关。MEMS分布式移相器具有高品质因数、低插损、低功耗和高隔离度的优点,但由于传统MEMS开关采用固支梁结构,弹性系数过大,下拉电压过高,无法与传统电子系统相兼容,大大限制了其应用和发展。基于此设计一种新型单元开关,采用弹性弯曲结构取代传统固支梁结构,并在MEMS金属梁上刻蚀释放孔,极大降低了单元开关的弹性系数,从而实现了超低下拉电压6V。通过理论分析,给出MEMS开关弹性系数、下拉电压的解析公式,并使用ANSYS进行了仿真分析。     

低电压驱动的硅基Ka波段级联式MEMS移相器

通过在共平面波导上周期性地分布微机械电容,外加电压驱动改变电容值,可实现级联式MEMS移相器.本文讨论了优化相移特性对共平面波导特性阻抗及下拉电压的要求,通过工艺参数优化制备了高阻硅基上的Ka波段级联式MEMS移相器,测试结果表明制备器件具有较低的驱动电压,8V时即产生明显的相移量,在36GHz处15V驱动电压时相移量为118°,25V时为286°.对微结构弹性膜的机械振动寿命测试表明,13级级联的MEMS移相器所有弹性膜同步振动的寿命为3×10⁶次.为器件的实用化提供了重要保障.     

一种新型螺旋形分布式RF MEMS移相器的设计

针对传统的分布式射频(RF)微机电系统(MEMS)移相器结构可靠性较低、平面面积较大、对制作工艺要求较高的问题,设计了一种新型5位分布式RF MEMS移相器,对其螺旋形共面波导结构和31个MEMS开关组进行了简要介绍及仿真分析。移相器体积为2.6 mm×2.6 mm×0.505 mm,工作频率为40 GHz时,31个仿真相移量与设计目标相移量的误差小于3.72°,满足高频、小面积、低损耗和低成本的MEMS相控阵系统应用的需求。     

低电压电容式RF MEMS开关设计研究

本文设计了一种低电压电容式RFMEMS开关,开关采用了两端固支梁结构,在梁与CPW共面波导地线的四个固定支撑位置使用了折叠结构,该结构可以减低下拉电压;通过在MEMS开关梁上开孔（直径9μm圆孔）来减小残余应力和杨氏模量和选择合适的开关梁厚度,显著降低了MEMS开关梁的弹性系数和下拉电压。以上措施显著降低了电容式RFMEMS开关的下拉电压,在ANSYS仿真下拉电压约为6V,驱动电压约为8.4V,该MEMS开关依旧保持了较好的S参数,开关插入损耗大于-0.35dB(8-40GHz),回波损耗小于-22dB(8-40GHz),隔离度（down态S21）大于25dB(8-40GHz)。     

五位分布式MEMS传输线移相器的优化设计

通过在共面波导传输线上周期性地加载分布电容,外加驱动电压改变电容值,实现分布式MEMS传输线移相器。从三个方面优化了五位分布式MEMS传输线移相器的设计:一是分别设计了11.25°和22.5°两种微桥,单元在Ka波段的插入损耗均大于-0.8 dB,回波损耗均小于-15 dB,相移精度小于0.4°,新的五位移相器以2种单元、19个微桥的结构替代了传统单一单元、31个微桥的结构,可减少微桥的总数;二是CPW传输线采用折叠布局,通过共用部分地线,移相器平面尺寸减小至1.81 mm×3.84 mm,相比传统五位分布式移相器,面积减小了56%,实现了器件的小型化;三是设计了一种新型的直流偏置结构,结构简单、工艺容易实现。     

分布式MEMS移相器电容开关时间响应特性研究

提出一种适合于分析微波分布式MEMS移相器静电驱动电容开关的开启时间和动态特性的新方法。采用IntelliSuite~(TM)模拟工具的SYNPLE模块研究材料、驱动电压、MEMS桥高度和共面波导信号线宽度对电容开启时间的影响。通过优化参数,分析结果表明:对于金电容开关,V=40 V、g_0=2.5μm和W=100μm,开关的开启时间为～7μs。     

一种X波段RF MEMS开关的设计与制作研究

设计并制作了一种X波段的电容式RF MEMS开关。该开关在共面波导上的悬空金属膜桥的支撑梁呈螺旋结构,其等效电感值高达134pH．有效降低了“关”态的谐振频率。结合开关的等效电路模型．使用Agilent ADS软件以及理论公式计算对该开关进行了设计和优化。与传统桥膜电容式开关相比,所介绍的开关”关”态隔离性能得到了很大提高。利用表面微机械工艺,在高阻硅衬底上制备了开关样品。X波段MEMS开关的在片测试结果表明：驱动电压为9V,“开”态的插入损耗约0．69dB@11．6GHz;“关”态的隔离度约27．7dB@11．6GHz。     

一种新型低压电容式RF MEMS开关的设计与分析

介绍了一种基于扭转的新型低压电容式RFMEMS开关的设计.此开关在保留传统挠曲变形的基础上,引入了扭转变形,并利用Intelli Suite等软件进行仿真分析.理论分析和仿真结果表明:与传统弯曲变形不同,在扭转变形中,变形对臂的厚度远比宽度敏感;在保留传统挠曲变形的基础上,增加了扭转变形,将有效降低驱动电压.理论分析还表明增长扭转臂、从动臂可使驱动电压明显下降.通过优化结构设计,在扭转臂、从动臂长为180μm、120μm,臂宽为5μm,厚为1μm,驱动电极面积为120μm×120μm时,仿真得到驱动电压为1.5V.     

低驱动电压电容式RF MEMS开关结构设计优化

RFMEMS开关将成为微波、高频信号控制的关键器件。针对其驱动电压过高,不能满足现代通信系统低电压的要求,推导了电容式RFMEMS开关驱动电压的理论公式;基于降低开关柔顺结构的弹性系数、驱动电极上极板与可变电容上极板分离的思路,优化设计了三种具有不同的连接梁和支撑梁结构形式的开关微桥柔顺结构。第一种结构为驱动电极板和电容上极板之间以双直梁连接;第二种结构以一组弹性折叠梁代替结构一中的双直梁;第三种结构是在结构二的基础上,改变了起支撑作用的弹性折叠梁的方向。使用MEMS CAD软件CoventorWare对开关结构进行了机电耦合仿真,仿真结果表明开关的驱动电压小于3V。     

基于单晶硅梁的静电RF MEMS开关

RFMEMS开关是低功耗、低损耗高频通讯电路和系统的关键部件,静电驱动RFMEMS开关因具有零直流功耗、开关时间短、结构简单、易集成的优点而成为研究热点,但是驱动电压高、薄膜应力变形严重、寿命短等问题制约了其发展,提出了一种基于单晶硅梁的推拉式静电RFMEMS开关结构,能够解决静电RFMEMS现有的缺陷。     

一种K波段双桥电容式RF MEMS开关的设计与制作

介绍了一种K波段双桥结构的电容式RF MEMS开关．该开关的结构特点是,以共面波导上的悬空金属膜为双桥结构,并且膜桥的支撑呈折叠弹簧结构．使用Agilent ADS软件对该开关进行了设计和优化,结果表明,相比传统电容式单桥开关,该开关隔离度性能得到了很大提高．利用表面微机械工艺,在高阻硅衬底上制备了开关样品．双桥开关的在片测试结果表明：驱动电压为19.5V,“开”态的插入损耗约1.6dB@19.6GHz,“关”态的隔离度约46.0dB@19.6GHz．     

电容式MEMS开关中弹性膜应力对驱动电压的影响

详细分析了多种参数对 MEMS电容式开关驱动电压的影响 ,包括材料选取和工艺参数变化 ,并对驱动电压理论值进行计算。利用表面微机械加工技术在硅衬底上实现了电容式开关 ,测试结果表明采用 Al0 .96 Si0 .0 4弹性膜和厚胶牺牲层工艺能获得适中的剩余应力释放 ,微桥应力约为 10 6 N/m2 ,这为获得较低的开关驱动电压提供了可能。对长 1m m的 MEMS开关 ,当弹性膜厚为 0 .5μm,桥高为 3μm、桥宽为 30 μm、桥长为 2 50 μm时获得了 2 5V的驱动电压 ,S参数测试表明该电容式开关 1～ 4 0 GHz频段内的插入损耗低于 1d B。     

电磁驱动RF MEMS开关的研究状况

RFMEMS技术在民用和军事方面有巨大的潜力,作为其核心器件的RFMEMS开关很有希望在雷达和通信领域之中成为关键器件。电磁驱动RFMEMS开关具有工作电压比较低,驱动力大,可以工作在恶劣的环境等优点,使其成为近年来RFMEMS开关研究的一个热点。